Прогнозирование паводков: тематическое исследование с примером: международная версия

Введение

Flowchart of steps in the flood prediction process.

Этот урок позволит вам ознакомиться с процессом прогнозирования наводнений и паводков, побывав в роли гидролога-практиканта, приглашенного в Национальную гидрологическую службу гипотетической страны. Вымышленные опытные специалисты-гидрологи помогают практиканту в ходе мониторинга идеализированного наводнения, происходящего в бассейнах главной реки страны и ее притоков, характеризующихся различными ландшафтами и системами наблюдений. Мы проанализируем, как эти различия влияют на качество и вид возможного прогноза. Вы также узнаете об основных проблемах процесса прогнозирования, и о том, как прогноз может быть улучшен. Этот урок адресован разнообразной аудитории, которой доступны различные способы наблюдений и технические возможности, и основан на информации, представленной в следующих уроках:

После изучения содержания урока вы сможете:

  • Перечислить некоторые основные климатологические и метеорологические параметры, которые следует учитывать при прогнозировании наводнений.
  • Описать роль характеристик бассейна и почвы в процессе формирования поверхностного стока.
  • Объяснить различия между быстроразвивающимися паводками и более распространенными типичными речными наводнениями, учитывая:
    • Пространственный и временной масштаб
    • Инструменты прогнозирования и доступные технологии
    • Типы предупреждений и/или рекомендаций, которые могут быть выданы
  • Совместно применять для прогнозирования данные из различных источников и различные инструменты моделирования.
  • В процессе прогнозирования выявлять и устранять несоответствия между наблюдаемыми и смоделированными гидрологическими условиями.
  • Перечислить некоторые достоинства и недостатки различных инструментов и методов прогнозирования

Для того, чтобы помочь достаточно широкой аудитории достичь цели обучения, в урок включено много вопросов открытого типа. Отзывы эксперта, сопровождающие эти вопросы, представляют собой детальное объяснение возможных процессов и предназначены для того, чтобы направлять обучающихся, поощряя исследование и обсуждение многих возможных причин и последствий метеорологических и гидрологических процессов.

География региона

Вы собираетесь рассказать о своем первом рабочем дне, проведенном в качестве приглашенного гидролога-практиканта в Национальной гидрологической службе страны. В течение первых двух недель своей работы здесь вы должны наблюдать за работой старших гидрологов и помогать им.

Main Country forecaster at his workstation modifying advisory while looking at satellite data.

В ближайшие дни ожидаются интенсивные осадки и вам не терпится понаблюдать и поучиться у практикующих гидрологов в такой период. Хотя пару лет назад вы ненадолго посещали эту страну, вы не помните подробностей о водосборных бассейнах и особенностях местности. Вы решаете подробнее изучить некоторые гидрологические и географические карты для того, чтобы быть лучше подготовленным к участию в ежедневных гидрологических дискуссиях.

Обзор характеристик бассейна

Как показано ниже на карте, территория страны включает три основных бассейна, расположенных выше по течению, и бассейн главной реки.

Outlines of basins, rivers and tributaries within the Mainstem Basin, Mystery Basin, Lucky Basin and Western Basin.  Lucky, Mystery and Western Basins lie to the north and west of the larger Mainstem basin.

Вопрос 1

Основываясь на данных о размере, форме бассейна и движении воды в русле определите, на каком из бассейнов после осадков, распределенных относительно равномерно по всей территории, будет медленнее всего формироваться сток?
(Выберите наилучший ответ.)

Правильный ответ - б.

Размер и форма бассейна – основные параметры, которые определяют скорость реакции потока на выпавшие осадки. Чем больше бассейн, тем позже сток с него начинает реагировать на осадки, поскольку при больших расстояниях время добегания значительнее. На главном бассейне, из-за его размера, время между началом стока и формированием пикового расхода будет наибольшим. На небольших бассейнах, например, р. Средняя, этот промежуток гораздо короче.

Выберите.

На следующей карте представлена топография региона. Бассейны всех трех притоков включают сильно расчлененные участки со значительными уклонами поверхности. Внимательно изучите карту, а затем, на основе знаний о характеристиках бассейна и их влиянии на процесс стока, ответьте на следующий вопрос.

Вопрос 2

Отметьте по крайней мере два участка, которые, в соответствии с характером подстилающей поверхности, будут иметь больший сток и/или будут быстрее реагировать на осадки. Чтобы ознакомиться с мнением эксперта нажмите "Готово".

После осадков сток с участков со значительными уклонами начинается быстрее и в большем объеме. На крутых склонах направление контакта воды с поверхностью не перпендикулярно ей, как в случае горизонтальных поверхностей. Вода в этом случае не поступает непосредственно в почву под действием гравитации, поэтому большая доля осадков переходит в сток. Кроме того, с увеличением уклона поверхности вода по ней будет двигаться быстрее и сократится время их контакта. Следовательно, сокращается время инфильтрации воды в почву. Как правило, чем значительнее уклон поверхности водосбора и русла дренирующей реки, тем быстрее после осадков увеличивается сток и формируются максимальные расходы. Эти закономерности особенно важно учитывать при анализе малых водосборов, наиболее подверженных внезапным наводнениям и паводкам.

Красным выделены наиболее вероятные районы увеличения стока за счет больших уклонов поверхности. Все они расположены либо вдоль участков с крутыми склонами, либо ниже них по течению. Особое внимание следует уделить участкам вблизи мест слияния нескольких притоков, имеющих водосборы со значительными уклонами.

На следующей карте представлен почвенно-растительный покров региона. Внимательно изучите карту, а затем, на основе знаний о характеристиках подстилающей поверхности и их влиянии на процесс стока, ответьте на следующий вопрос.

Вопрос 3

Отметьте по крайней мере три участка, которые, в соответствии с характером подстилающей поверхности, будут иметь больший сток и/или будут быстрее реагировать на осадки. Чтобы ознакомиться с мнением эксперта нажмите "Готово".

В нескольких районах страны увеличение стока и меньшее время отклика стока обусловлены отсутствием растительного покрова и/или водонепроницаемостью поверхности. В ответе эксперта участки от светло-коричневого до белого, отмеченные синим цветом, – это урбанизированные территории. Здесь русла имеют меньшую шероховатость, что сокращает время добегания до местных водотоков. Сток увеличивается за счет уменьшения потерь на инфильтрацию при увеличении площадей водонепроницаемых участков, например, участков с дорожным покрытием.

В бассейне р. Западная отмечен участок сплошных лесных вырубок. Хотя на этой территории площадь водонепроницаемых участков не увеличилась, но отсутствие растительности и крутые склоны позволяют отнести ее к территориям, наиболее подверженным риску возникновения кратковременных наводнений.

В рамках этого урока предположим, что почва бассейнов, расположенных в горной местности, примерно в равных долях состоит из песка, глины и пылеватых частиц (мелкозема), а толщина ее незначительна и мало изменяется. Бассейн р. Великая и юго-восточная часть бассейна р. Верхняя имеют более мощный почвенный слой суглинка и частично используются под сельскохозяйственные угодья.

Климат и гидрометеорологические особенности региона

Итак, вы ознакомились с типами подстилающей поверхности и водосборами страны. Поскольку совещание гидрологов затягивается, у вас появилось немного свободного времени. Вы решаете ознакомиться еще с некоторыми картами и информацией, чтобы лучше понимать местный климат и гидрометеорологические особенности региона.

Two forecasters examining weather maps while seated at computer terminals

Климат местности

Прочитав сезонные гидрологические обзоры за текущий год вы поняли, что, с климатической точки зрения, на территории бассейнов только что начался сезон дождей. Ожидается, что повышенная влажность и слабые ветры в нижней атмосфере, несущие влагу с океана на побережье, будут способствовать образованию осадков.

Вы знаете, что во многих регионах планеты сезон дождей чаще всего совпадает с периодом высоких температур. Это значит, что снеготаяние, если оно имеет место, скорее всего уже завершилось, и нет необходимости его учитывать. Вы быстро просматриваете несколько таблиц и карт и видите, что большая часть аккумулированного на территории страны снежного покрова уже растаяла.

Snow depth analysis over Main Country.  A few of the highest elevation areas show 3 centimeters or less of snowpack remaining.

Если в вашем регионе наблюдается снеготаяние, вы, возможно, захотите ознакомиться с модулем: Процессы снеготаяния: международная версия.

Затем вы находите несколько карт еженедельных осадков, читаете массу старых сводок ежедневной погоды и убеждаетесь, что в отдельных частях рассматриваемых бассейнов, особенно в горной местности, ежедневно, обычно после полудня, наблюдаются грозы.

Coniferous, mountainous terrain darkened in the foreground stretches into a sunlit, distinct rain or hail shaft dropped from a dark gray storm cloud.  Beyond this precipitation the skies are a light blue with a smattering of small convective clouds that are short by comparison.

Как правило, эти грозы сопровождаются незначительными или умеренными осадками на трех бассейнах, расположенных в верховьях главной реки. Хотя в бассейне р. Великая грозы могут быть интенсивнее, они, как правило, не ежедневные.

Согласно доступным вам архивным сводкам погоды, как выше расположенные бассейны, так и бассейн р. Великая, периодически подвергаются воздействию крупномасштабных возмущений атмосферы, в результате которых бассейн р. Великая получает большую часть сезонных осадков.

Сеть наблюдений

Поскольку совещание гидрологов все еще не закончилось, вы решаете ознакомиться с новыми метеорологическими и гидрологическими данными, чтобы быть более подготовленным к специфической современной прогностической деятельности. Вы решаете проанализировать метеорологические и гидрологические условия нескольких прошедших недель. Оказывается, на прошлой неделе по территории перемещалось локализованное атмосферное возмущение, которое сопровождалось значительным количеством осадков. Однако вам не удается найти последнюю карту влажности почвы данной местности.

В этот момент старшие прогнозисты Иосиф и Анна освободились после затянувшегося совещания. После нескольких общих фраз вы объясняете, что освежали в памяти местные особенности и характеристики, но не в курсе, где можно найти последние данные о влажности почвы. Иосиф и Анна объясняют, что работа над этими картами еще не завершена, так как специалисты все еще заняты проверкой данных, поскольку выявлены несоответствия между значениями, полученными из различных источников. Они также объясняют, что оценки распределения влажности почвы по бассейнам не всегда точны, поскольку в бассейнах рек Средняя и Западная нет радиолокаторов, и только вблизи южной границы бассейна р. Западная имеются осадкомеры.

Observation instruments over Main Country.  Stream gauges are located at the outlets of each basin, and just upstream of Lucky City, as well as in far northern Main City.  Two rain gauges are located in southeastern Western Basin.  Mystery Basin has no rain gauges.  Lucky Basin has a dense network of rain gauges, and Mainstem basin contains about a dozen gauges scattered roughly evenly.  A radar is located on the far eastern reach of the coast of Mainstem basin, and it effectively covers all of Lucky and Mainstem basins, except for far southwestern Mainstem basin and far northern Lucky basin.

Эти два осадкомера показывают, что в течение прошлой недели отмечены только следы осадков. Поэтому местные гидрологи для того, чтобы представить условия на этих двух бассейнах, расположенных в верховье, обычно используют оценки осадков и влажности почвы, полученные по спутниковым данным.

Вы замечаете, что не очень сильны в спутниковых данных об осадках, поэтому Иосиф объясняет некоторые моменты, касающиеся различных спутниковых методов и продуктов.

"Иногда мы используем продукт, сочетающий часто обновляемые данные о температуре верхней границы облаков, получаемые с геостационарных спутников, и данные, получаемые с помощью моделей численного прогноза погоды. Вот здесь вы можете увидеть, как много дополнительной информации может быть получено с помощью этого продукта, поскольку мы можем непосредственно наблюдать осадки над большей частью Индийского океана, где наземных наблюдений совсем недостаточно для того, чтобы показать это".

Indian Ocean Experimental NOAA/NESDIS Hydro-Estimator Product.  24 hour precipitation

"Самое высокое пространственное разрешение данных об осадках сейчас составляет около 4 км, это почти в три раза хуже, чем самая плохая дальность определения большинства локаторов. Различие в пространственном разрешении между продуктами, полученными по спутниковым данным и данным радиолокатора, легко увидеть здесь: "

A hydroestimator 24 hour precipitation total estimate for tropical storm Fay, August, 2008.
A radar-based 24 hour precipitation total estimate for tropical storm Fay, August, 2008.

"Вот почему нам обычно лучше удаются гидрологические прогнозы для бассейнов рек Верхняя и Великая, особенно во время быстроразвивающихся паводков".

"Еще одна причина не полагаться полностью на информацию об осадках с геостационарных спутников заключается в том, что значения температур верхней границы облаков, полученные по инфракрасным снимкам, используются только как косвенный показатель того, какие части облаков является осадкообразующими, а не наличия самих осадков. Алгоритмы иногда ошибочно классифицируют нижнюю и среднюю облачность как не образующую осадки, даже если на самом деле они выпадают. Этот алгоритм наилучшим образом подходит для развитых конвективных облаков в тропиках и средних широтах, особенно если ветер в атмосфере не значительно изменяется с высотой".

"Чтобы лучше представлять реальную картину происходящего, мы, как правило, используем продукты, в которых ассимилированы данные об интенсивности осадков, полученные по снимкам в микроволновом диапазоне с полярно-орбитальных спутников, и информация об осадках с геостационарных спутников, полученная по температуре верхней границы облаков. Обычно таким образом получают более надежную, по сравнению с данными только геостационарных спутников, информацию, так как она основана на непосредственных наблюдениях за рассеянием гидрометеоров. Но их небольшое пространственное и временное разрешение (данные об интенсивности осадков в микроволновом диапазоне для определенной территории получают в среднем раз в 3-4 часа) иногда ограничивает возможность их применения для оценивания интенсивности и хода формирования быстроразвивающихся паводков".

Услышав вашу дискуссию, Анна напоминает вам, что нужно помнить о том, что, хотя спутниковые данные и могут быть весьма полезны, особенно в районах с недостаточной плотностью наземных наблюдений, они все еще не достаточно надежны и имеют, по сравнению с данными локаторов и наземных измерений, худшее разрешение. "Но, – замечает она, – это не означает, что у данных локаторов и осадкомеров нет недостатков! Вот почему мы только сейчас закончили последнюю карту влажности почвы. Вот она, давайте взглянем..."

Осадки предшествующего периода

Анна говорит: "К счастью, у нас есть надежные количественные оценки осадков (КОО) и оценки влажности почвы для бассейнов рек Верхняя и Великая, потому что они оба в зоне надежного охвата радиолокатора и на них густая наблюдательная сеть за осадками".

Soil moisture anomaly across Main Country.  Most of Lucky and Mainstem basin show positive anomalies between 40 mm and 60 mm.  Mystery, Western and the far northwest portion of Lucky basin show between 60 mm and 80 mm of positive soil moisture anomaly.  A narrow band spanning the central portions of Mystery, Western and far western Lucky basin shows 80 to 100 mm.  Another maximum of 60 - 100 mm exists in northeastern Mainstem basin.

"Видите, по всему бассейну положительные аномалии влажности почвы, от 20 мм до 100 мм. А этот участок с аномалиями до 80 мм расположен в центральных частях бассейнов рек Западная и Средняя, и немного захватывает северо-западную часть бассейна реки Верхняя. Второй участок с высокой влажностью почвы расположен в северо-восточной части бассейна реки Великая".

Вопрос 1

Основываясь на информации о влажности почвы, полученной по карте, и ранее выполненном штриховкой/оконтуриванием выделении участков, определите области, которые наиболее склонны к формированию значительного стока при выпадении равномерных по территории бассейнов осадков. Не забывайте, что участки, заштрихованные красным, имеют больший уклон, а заштрихованные синим – почвенный покров, способствующий увеличению стока. Чтобы ознакомиться с мнением эксперта нажмите "Готово".

Сток не обязательно будет возникать там, где осадки наиболее интенсивны, или почва наиболее влажная, или ее свойства способствуют снижению инфильтрации. Максимальный сток, вероятнее всего, сформируется там, где все эти особенности будут наблюдаться одновременно. Выделенные белым участки имеют очень влажную почву, крутые склоны и почвенный покров, способствующий образованию стока. Белой прерывистой линией также выделены участки с крутыми склонами и высокой влажностью почвы.

Какие ожидаются осадки?

Известно, что понимание того, какого типа осадки могут наблюдаться, является необходимым условием выпуска заблаговременного прогноза и/или предупреждения, позволяющих принять необходимые меры, особенно в случаях стремительного отклика потока на осадки. Предположим, вам известно, что влажность почвы на большей части бассейна реки Великая и в суб-бассейнах в ее верховье уже достаточно высокая. Учитывая, что некоторые из этих подбассейнов расположены в горах и имеют тонкий слой почвы, а также включают урбанизированные территории, доля водонепроницаемых участков на которых высока, следует ожидать, что любые интенсивные, локализованные осадки могут привести к тому, что небольшие водотоки выйдут из берегов за несколько часов или раньше. В этом случае будет возникать явление, известное как быстроразвивающийся паводок, который определяется следующим образом:

  • Всемирная метеорологическая организация (ВМО): кратковременный паводок с относительно высокими максимальными расходами.
  • Национальная служба погоды США (или другая подобная организация, применяющая более конкретные критерии): угрожающий жизни паводок, который формируется в течение 6 часов, а часто в течение 3 часов, после вызвавшего его события.
River swelling and rushing underneath a road in Utah, USA.

Учитывая это, вам не терпится увидеть на предстоящем обсуждении погодной и гидрологической ситуации последний прогноз осадков и отклика стока, полученные с помощью модели численного прогноза погоды.

Количественные прогнозы осадков

Иосиф и Анна возвращают вас к их основной дискуссии дня – о погоде и гидрологии. Они напоминают, что у них есть доступ к модели синоптического масштаба (крупный масштаб, с разрешением более 1 000 км в пространстве и несколько дней во времени) с ячейкой сетки примерно 28 км, которая применяется местным отделением Национальной службы погоды (НМС). А также – к мезомасштабной модели (средний масштаб, сотни километров и много часов), шаг сетки которой примерно равен 4 км. Они советуют не забывать, что применяемые ими для прогнозирования атмосферных условий и осадков подходы, как и прочие модели, дают лучшие результаты для расстояний, десятикратно превышающих размер ячейки сетки. То есть не следует ожидать надежного регионального прогноза для территории в 20 км, если его получают с применением модели с ячейкой 4 км, несмотря на то, что модель отражает некоторые особенности осадков: режим ожидаемых осадков и их общую продолжительность. Однако детали, например, место и время появления конвективных ячеек, при таком пространственно-временном разрешении спрогнозировать невозможно.

Прогноз, полученный с помощью количественного прогноза осадков (КПО), показывает, что в бассейне реки Великая в ближайшие 48 часов ожидаются интенсивные осадки.

КПО 0-12 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 0 through 12, from 0h model run.  An elongated region of precipitation is oriented northeast-to-southwest and centered over western Mystery and Western basins.  The maximum value in this region is 51.2 to 102.4 mm.

КПО 12-24 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 12 through 24, from 0h model run.  All of Main Country is expected to receive some precipitation, mostly less than 12.8 mm.  A bull's-eye of precipitation exists over western lucky and northeastern Mystery basins.  The maximum value there is 25.6 to 51.2 mm.

КПО 24-36 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 24 through 36, from hour 0 model run.  Precipitation covers all of Main Country, with an east-west oriented maximum of 51.2 to 102.4 centered over east-central Main Country.  Most of the country should expect at least 12.8 mm of rain or more.

КПО 36-48 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 36 through 48, from hour 0 model run.  Rain of at least 3.2 mm is shown over most of the country, and a east-west oriented maximum of 12.8 to 25.6 mm exists over southern Main Basin.

Вспомогательная карта

Outlines of basins, rivers and tributaries within the Mainstem Basin, Mystery Basin, Lucky Basin and Western Basin.  Lucky, Mystery and Western Basins lie to the north and west of the larger Mainstem basin.  Lucky Town is situated in central Lucky Basin along the Lucky River but upstream of a main southern tributary.  Mystery Village is situated in central Mystery Basin along the Mystery River.  Western Basin contains a clear-cut logging area in its western, mountainous areas.  Main City is situated in south-central Main Basin, just downstream from where the Mystery and Western rivers join the Main river.

Старшие прогнозисты Иосиф и Анна позволяют вам некоторое время рассматривать карты и затем задают несколько вопросов:

Вопрос 1

Итак, как вы думаете, о бассейнах каких рек нам следует больше всего беспокоиться в связи с наводнением?
(Выберите все подходящие ответы)

Все ответы правильные.

Известно, что большая часть бассейнов рек Средняя и Западная и южные части бассейна Верхней имеют топографию и влажность почвы, способствующие формированию наводнения, а имеющиеся карты показывают, что здесь могут быть интенсивные осадки. Рельеф и влажность почвы бассейна реки Великая не способствуют формированию наводнений, но на нем предполагается выпадение самых значительных осадков, возможно, превышающих 100 мм, поэтому и здесь наводнение вполне возможно.

Выберите.

Вопрос 2

Основываясь на этих картах КПО, ответьте, какое событие наиболее вероятно на территории страны?
(Выберите наилучший ответ)

Правильные ответ - в.

Используя подобные карты, невозможно оценить интенсивность ожидаемых осадков, знать которую необходимо для оценивания риска внезапного наводнения. Кроме того, эти карты составлены на 12 часов, поэтому отсутствует информация о длительности и перемещении осадков, что затрудняет оценивание риска внезапного наводнения. Если на большей части территории суммарные осадки превысят 50 мм, то при максимально возможных значениях влажности почвы наводнение очень вероятно.

Выберите.

Вы собираетесь попросить больше прогностических карт, чтобы подготовиться ответить на вопросы о вероятности возникновения быстроразвивающегося паводка. Но в это время Иосиф и Анна предлагают посмотреть на результат, полученный с помощью их мезомасштабной модели, для того, чтобы лучше определить, как осадки будут распространяться в пространстве и во времени. Затем они показывают смоделированную радиолокационную отражаемость, полученную с помощью местной мезомасштабной модели.

Максимальная смоделированная радиолокационная отражаемость с повторяемостью 2 часа для периода прогноза 0-36 ч.

Вопрос 3

"Видите ли вы теперь что-то такое, что может помочь определить с наводнением какого типа нам предстоит иметь дело? Если ДА, то что?"


Согласно результатам применения мезомасштабной модели, наиболее интенсивные осадки начнутся примерно через 6 часов над западной и северной частями страны. Осадки высокой интенсивности в сочетании с высокой влажностью почвы и рельефом местности могут вызвать здесь внезапные наводнения. Вторая волна осадков обещает быть намного менее интенсивной, но охватит большую территорию и будет более длительной. Это, вероятно, приведет к более масштабному наводнению на водотоках и крупных реках.

Иосиф и Анна выслушали ваши ответы, и сразу напоминают, что внезапное наводнение может возникнуть в любой момент периода заблаговременности прогноза на участках с наиболее интенсивными осадками или на участках, над которыми медленно перемещаются конвективные ячейки. Они также подчеркивают, что результаты моделирования обладают некоторой погрешностью, а использование данных об отражаемости часто приводит к завышению данных для этого региона.

Основываясь на руководстве по КПО и данных других метеорологических наблюдений, Иосиф и Анна делают вывод, что в бассейнах рек Средняя, Западная и на западе бассейна Верхней могут возникнуть быстроразвивающиеся паводки. Они так же замечают, что такое сочетание интенсивных кратковременных осадков в верховьях бассейнов и последующего сразу за ними менее интенсивного, но охватывающего все бассейны, обложного дождя может вызвать значительное наводнение на реке Великая и ее притоках. Оно может начаться через 12 часов и будет продолжаться в течение последующих 48 часов.

Вопрос 4

«Итак, если учесть все, что мы увидели на данный момент, какие действия предпринять?»
(Выберите наилучший ответ)

Правильный ответ - б.

Б – наиболее обоснованный ответ. Хотя значения влажности почвы уже достаточно высоки и ожидается большое количество осадков, это может и не представлять проблему, если наблюдаемые значения расхода/уровня относительно низкие. Поэтому нет оснований выпускать срочные предупреждения до тех пор, пока не будут выполнены некоторые дальнейшие исследования. Затем следует проверить данные о расходе/уровне, а также, по возможности, выходные данные численных моделей формирования стока рассматриваемых рек.

Выберите.

Оценка влияния ожидаемых осадков

Иосиф и Анна проконсультировались с метеорологами Национальной службы погоды и решили, что численные модели погоды дают вполне надежный прогноз, что подтверждается сопоставимостью прогнозов, полученных по ним в ходе нескольких предшествующих прогонов. Согласно прогнозу, первые волны осадков затронут бассейны рек Средняя и Западная, поэтому гидрологи, в первую очередь, концентрируют внимание на этих участках. Иосиф замечает, что, согласно историческим данным, на небольших притоках главных рек в обоих бассейнах часто возникают внезапные наводнения в случае, если средняя по бассейну интенсивность осадков превышает 25 мм/ч. Но он подчеркивает, что это эмпирическое правило основано, в основном, на результатах КOО, полученных по спутниковым данным, поскольку на этих бассейнах отсутствуют данные наземных измерений и радиолокационные данные. Кроме того он добавляет, что для многих исторических событий, учтенных при выводе этого правила, величины влажности почвы отсутствовали. Поэтому он обращается к современному методу, который хорошо зарекомендовал себя при прогнозировании на не охваченных наблюдениями участках бассейнов рек Средняя и Западная. Это Система оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков.

Система оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков (СОРВБП)

Иосифу и Анне звонят коллеги из управления Национальной службы погоды соседней страны, чтобы обсудить развивающуюся погодную ситуацию. Пока их нет, вы просматриваете Руководство Национальной службы погоды страны по СОРВБП, которое до звонка вам дал Иосиф.

  • Оценка риска возникновения быстроразвивающихся паводков (ОРВБП) – это количественная оценка среднего по рассматриваемой территории количества осадков и их продолжительности, при которых на малых водотоках может возникнуть наводнение.
  • Как правило, при оценке стока с помощью модели осадки-сток информация об осадках и влажности почвы является входной. Расчеты ОРВБП выполняются в обратном направлении. Входными данными для расчета количества осадков, которое необходимо для возникновения наводнения, являются критический (пороговый) сток и текущая влажность почвы. Вычисленное таким образом количество осадков и является оценкой риска возникновения быстроразвивающихся паводков (ОРВБП).
Relationship Between ThreshR and Streamflow
  • Критический сток – это сток, необходимый для начала наводнения. Это фиксированная величина, основанная на исторических географических и гидрологических измеренных характеристиках русла потока и бассейна. Обычно такой сток представляют как частное от деления расхода, соответствующего пороговому повадочному уровню, на максимальный расход единичного гидрографа определенной продолжительности. Значение расхода при паводочном уровне определяется по кривой уровень-расход.
  • Расчет критического стока для бассейнов, подобных бассейнам рек Средняя и Западная, не столь прямолинеен. Поскольку эти бассейны почти не охвачены наблюдениями, то данные о пороговых уровнях и, следовательно, кривые уровень-расход отсутствуют. Поэтому невозможно определить расход при пороговом уровне. Вместо порогового уровня в ходе полевых обследований не охваченных наблюдениями водотоков может быть определен уровень выхода на пойму (руслозаполняющий уровень).
Conceptual image showing that threshold runoff is can be simply calculated as the difference between current stream stage and the bankfull level.

Иосиф и Анна возвращаются и хотят продолжить работу по сегодняшним картам СОРВБП. В основном они озабочены вопросом принятия решения, касающегося потенциально возможного наводнения в бассейнах рек Средняя, Западная и некоторых частях бассейна реки Верхняя. Именно на этих участках ожидается первая волна сильных осадков. Они просят вас поделиться с ними мыслями по этому поводу.

1-часовая оценка риска возникновения быстроразвивающихся паводков

Map of one-hour Flash Flood Guidance values over Main Country Basins.  The lowest values, of less than 30 mm, exist in northwestern Lucky Basin.  The western portions of Mystery and Western basins require between 30 and 45 mm of rain in an hour to cause flash flooding.  The eastern portions of Mystery, Western and Lucky basins require between 45 and 60 mm.  Most of Mainstem basin requires over 60 mm.

Вспомогательная карта

Outlines of basins, rivers and tributaries within the Mainstem Basin, Mystery Basin, Lucky Basin and Western Basin.  Lucky, Mystery and Western Basins lie to the north and west of the larger Mainstem basin.  Lucky Town is situated in central Lucky Basin along the Lucky River but upstream of a main southern tributary.  Mystery Village is situated in central Mystery Basin along the Mystery River.  Western Basin contains a clear-cut logging area in its western, mountainous areas.  Main City is situated in south-central Main Basin, just downstream from where the Mystery and Western rivers join the Main river.

Вопрос 1

Как вы думаете, какие области, если такие существуют, подвержены наибольшему риску возникновения внезапного наводнения в соответствии с картой СОРВБП? Объясните.


Помните, что СОРВБП предоставляет значение минимального количества осадков, при котором водотоки способны выйти из берегов. В соответствии с картой, на малых водотоках юго-западной части бассейна реки Верхняя наводнение начнется, если суммарная интенсивность осадков превысит 30 мм/ч. В западных частях бассейнов рек Западная и Средняя внезапное наводнение также вероятно, если на соседних с ними участках будут наблюдаться осадки интенсивностью 30-45 мм/час.

Вопрос 2

Основываясь на своих знаниях о бассейне и процессах быстроразвивающихся паводков, ответьте, существуют ли какие-либо участки, на которых сформируются паводки при выпадении большего / меньшего количества осадков по сравнению с количеством осадков на карте 1-часовой ОРВБП? Объясните.


Поскольку значения, рекомендуемые СОРВБП, вычисляются на основе осредненных по бассейну характеристик, то мелкомасштабные различия, например, наличие урбанизированных территорий, не будут учтены. Для формирования паводка в поселке Средний и городе Верхний требуется меньшее, чем указано на карте, количество осадков. На участках сплошных вырубок леса, подобных участку в бассейне реки Западная, критическое значение осадков так же будет ниже приведенного на карте. Некоторые территории, обладающие высокой дренирующей способностью, например, болота, смогут удержать больше осадков, чем показано на карте.

Иосиф и Анна соглашаются с вашими оценками риска возникновения внезапного наводнения, и думают, что можно небезосновательно ожидать такое наводнение в западных половинах бассейнов рек Средняя и Западная, и, возможно, в юго-западной части бассейна реки Верхняя.

Они принимают решение выпустить Предупреждение о быстроразвивающемся паводке, Уровень 1 для всего бассейна рек Средняя и Западная и для части бассейна реки Верхняя, расположенной к югу от самого южного притока реки Верхняя. Они говорят, что будут следить за ситуацией в этих бассейнах по спутниковым изображениям и немногочисленным данным наземных наблюдений, чтобы не пропустить, в случае усиления осадков, момент для выпуска Предупреждения о риске возникновения быстроразвивающегося паводка более высокого уровня.

Table showing current hydrologic statements issued to the public.  Mystery, Western and areas south of the Southern tributary in Lucky basin are under a level 1 flash flood statement, which means that the potential exists for heavy rains to cause flash flooding.

Руководство по гидрологическим моделям

Выпустив Предупреждение о быстроразвивающемся паводке, Иосиф и Анна приглашают вас обсудить выходную информацию моделей расчета стока. У них имеется сложная, с распределенными параметрами, модель для бассейна рек Верхняя, и они также применяют модель с полураспределенными параметрами для бассейна реки Великая, которая включает сосредоточенную информацию о реках Средняя и Западная.

Вы говорите, что у вас никогда не было доступа к моделям с распределенными параметрами и не представляете их достоинств и недостатков. Пока Иосиф рассматривает прогнозные гидрографы, Анна объясняет несколько важных особенностей таких моделей:

  • "Модели с сосредоточенными параметрами относительно просты, поскольку бассейн рассматривается как единое целое. В качестве входной информации используют осредненные по бассейну гидрологические и метеорологические данные. Выходная информация модели с сосредоточенными параметрами, чаще всего, – это гидрограф в замыкающем створе бассейна. Для использования таких моделей требуется меньше данных и менее мощные вычислительные ресурсы, чем для более современных методов".
  • "Модели с распределенными параметрами отражают особенности гидрологических и метеорологических характеристик, представляя их для каждого бассейна в узлах расчетной сетки". Анна подчеркивает некоторые ключевые моменты, касающиеся моделей с распределенными параметрами, которые следует помнить:
  • Достоинства
    • Лучше отражают изменчивость гидрологического отклика бассейна
    • Более реалистично моделируют быстроразвивающиеся паводки
  • Недостатки
    • Требуют значительных, по сравнению с моделями с сосредоточенными параметрами, вычислительных затрат
    • Больше зависят от точности и разрешения входной информации.
  • "При таком подходе оценивается сток в каждой ячейке на основе параметров этой ячейки. Расход в каждом узле сетки рассчитывается математически. Использование таких моделей сдерживается необходимостью иметь большой объем входной информации для каждой ячейки сетки. При отсутствии таких данных следует каким-либо образом получить их оценки, при этом появляется неопределенность. Вот почему модель с распределенными параметрами применяется только на бассейне реки Верхняя, где нет недостатка в натурных измерениях".

Иосиф приглашает вас обсудить прогнозные гидрографы. "Сначала давайте посмотрим на Среднюю и Западную, поскольку осадки в первую очередь выпадут в этих бассейнах".

Река Средняя

Mystery river gauge

Река Западная

Forecast hydrograph for Western basin river gauge.  The lumped model forecast shows flow increasing quickly shortly after hour 6 peaking slightly below flood stage at about hour 14.  The flow then decreases rapidly until about hour 20, where it begins to increase somewhat rapidly again.  The flow then peaks right around flood stage at approximately 38 hours, before decreasing steadily for the remainder of the forecast period.

Вспомогательная карта

Outlines of basins, rivers and tributaries within the Mainstem Basin, Mystery Basin, Lucky Basin and Western Basin.  Lucky, Mystery and Western Basins lie to the north and west of the larger Mainstem basin.  Lucky Town is situated in central Lucky Basin along the Lucky River but upstream of a main southern tributary.  Mystery Village is situated in central Mystery Basin along the Mystery River.  Western Basin contains a clear-cut logging area in its western, mountainous areas.  Main City is situated in south-central Main Basin, just downstream from where the Mystery and Western rivers join the Main river.

Анна напоминает, что для бассейна реки Средняя отсутствуют данные наблюдений, поэтому модель с сосредоточенными параметрами для этого бассейна была калибрована по данным наблюдений, выполненных в соседних бассейнах. Она утверждает, что такой подход – обычная практика для Национальной службы погоды страны и Служб погоды стран региона. Анна отмечает, что в таких случаях результаты прогнозов недостаточно хороши. Кроме этого, калибровка модели для бассейна реки Западная выполняется по данным двух постов в южной части бассейна, поэтому осредненное по бассейну количество осадков иногда сильно отличается. Поэтому, как и в случае с бассейном реки Средняя, прогнозная модель для реки Западная часто дает относительно высокие ошибки.

Вопрос 1

Анна спрашивает: "Почему мы наблюдаем двойной пик расхода? Почему расход просто не повышается равномерно до конца выпадения осадков? Чтобы правильно ответить, вспомните наше обсуждение прогнозов атмосферных моделей".


Двойной пик – это результат выпадения двух последовательных дождей, которые были спрогнозированы мезомасштабной моделью. Первая порция осадков над бассейнами рек Средняя, Западная и, возможно, над частью бассейна реки Верхняя выпала быстро, и за период между окончанием первого и началом второго дождя какая-то доля стока уже покинула бассейн.

Вы отмечаете, что ситуация на реке Средняя может развиваться довольно опасно, и вероятно значительное превышение порогового уровня. Иосиф и Анна соглашаются, и говорят, что они особенно озабочены тем, как такой высокий сток повлияет на реку Великая и густонаселенный город Великий в более поздний период прогноза. Затем они изучают прогнозные гидрографы для рек Верхняя и Великая.

р. Верхняя - пост 1

Forecast hydrograph for Lucky River at location of gauge #1.  Flow varies for the first 16 hours or so before increasing steadily after that time.  Peak flow occurs at approximately flood stage around 36 hours.

р. Верхняя - пост 2

Forecast hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Flow varies for the first 24 hours, and then increases steadily until peaking at approximately flood stage around 40 hours.

р. Великая - пост 1

Forecast hydrograph for Mainstem basin at location of gauge #1.  Flow varies for the first twelve hours, and then shows a steady and significant increase until a peak stage of about 12.0 m occurs slightly above flood stage at approximately 50 hours.

Вы все замечаете, что, согласно прогнозу, уровни воды рек Верхняя и Великая могут достичь или превысить пороговые значения.

В соответствии с Руководством, Иосиф и Анна выпускают Предупреждение о риске возникновения речного наводнения, Уровень 1, для рек Средняя, Верхняя и Великая, которые могут выйти из берегов к окончанию второго дня прогнозного периода.

Table showing current hydrologic statements issued to the public.  Mystery, Western and areas south of the Southern tributary in Lucky basin are under a level 1 flash flood statement, which means that the potential exists for heavy rains to cause flash flooding.  The main branches of the Mystery, Lucky and Main Rivers are under a level 1 river flood statement, which means that the potential exists for major streams and rivers to exceed their banks.

Вы спрашиваете, следует ли им отметить высоту вероятного наводнения, в связи с тем, что в соответствии с прогнозом уровень воды реки Средняя будет близок к пороговому значению.

Иосиф говорит: "Судя по тому, что гидрологическая модель для этого бассейна не надежна, думаю, нам не стоит спешить и конкретизировать ожидаемую высоту наводнения. В ближайшие часы мы узнаем, насколько точно мезомасштабная модель предсказала первый период осадков, и тогда многое станет понятно. Если нам придется выдать Предупреждение Уровня 2, что, я думаю, и случится, если прогнозы моделей погоды оправдаются, то в них и укажем ожидаемую высоту наводнения".

Мониторинг и обновление прогноза

Час 6

Вы вместе с остальными сотрудниками наблюдаете за погодой и готовы, при необходимости, обновить гидрологический прогноз. Примерно через час заходит Анна узнать, не отметили ли вы на последнем инфракрасном спутниковом снимке что-то такое, что может быть идентифицировано как гроза, формирующаяся в течение первого периода осадков. Она протягивает снимок, чтобы вы его еще раз проанализировали:

Инфракрасное изображение спутника

Infrared satellite imagery over the Main Country at approximately 7 hours into the forecast period.  A narrow band of bright white (indicating high cloud tops) is stretches from western Lucky basin south-southwestward across eastern Mystery and Western basins.

КПО период действия 0-12

QPF for Main Country basins for forecast hours 0 through 12, from 0h model run.  An elongated region of precipitation is oriented northeast-to-southwest and centered over western Mystery and Western basins.  The maximum value in this region is 51.2 to 102.4 mm.

Вопрос 1

"Насколько хорошо направление и положение грозового фронта в общем совпадают с прогнозом численной модели погоды?" Еще раз изучите карту КПО для рассматриваемого периода времени на второй вкладке рисунка.
(Выберите наилучший ответ)

Правильный ответ - г.

На основании численного прогноза погоды, и, учитывая то, что мы наблюдаем начальную фазу развития грозового фронта, а не осадки, можно сделать вывод, что модели предсказали место зарождения грозового фронта достаточно хорошо.

Выберите.

Вопрос 2

"Как изменилась степень вашей уверенности в области гидрологического прогнозирования и принятия решений после того, как вы, Анна и Иосиф проанализировали первый период осадков на бассейнах рек Средняя и Западная?"
(Выберите наилучший ответ)

Правильный ответ - в.

Хотелось бы надеяться, что успешность прогнозов придала вам некоторую уверенность. Иногда прогнозы численных моделей погоды могут существенно отличаться от того, что происходит в действительности. Например, предсказанные прогнозом интенсивные осадки могут вовсе не сформироваться. Чаще всего на рассматриваемой территории осадки возникают в соответствии с прогнозом, но, возможно, в другом виде, например, только на отдельных частях территории. Часто реальные осадки формируются вне области, предсказанной мезомасштабной моделью, на расстоянии до нескольких сотен километров от нее. Направление грозового фронта также может быть предсказано неправильно, например, юг-север вместо юго-запад-северо-восток.

Выберите.

Анна напоминает, что пора ненадолго прерваться, пока не начнутся осадки, и чтобы тогда не пропустить возможные обсуждения, телефонные звонки и Предупреждения о риске возникновения быстроразвивающихся паводков, которые могут быть выданы.

Час 8

Вы возвращаетесь на рабочее место после перерыва и видите, что спутниковое изображение обновилось, и облака продвинулись на запад. Над западными частями страны идет дождь. Вы увеличиваете изображение, чтобы лучше рассмотреть значения интенсивности дождя, полученные в результате дешифрирования снимка ...

Интенсивность осадков по данным спутника

Blended geostationary and microwave satellite rainrates over the Main Country at approximately 8 hours into the forecast period.  A wide line of clouds exists over Lucky, Mystery and Western basins.  Rainrates of 10 mm per hour exist across central Mystery and Western basins, and extend into western Lucky basin.  Two local maxima of approximately 25 mm per hour exist - one in central Western basin, and one in central Mystery basin near Mystery Village

Вспомогательная карта

Outlines of basins, rivers and tributaries within the Mainstem Basin, Mystery Basin, Lucky Basin and Western Basin.  Lucky, Mystery and Western Basins lie to the north and west of the larger Mainstem basin.  Lucky Town is situated in central Lucky Basin along the Lucky River but upstream of a main southern tributary.  Mystery Village is situated in central Mystery Basin along the Mystery River.  Western Basin contains a clear-cut logging area in its western, mountainous areas.  Main City is situated in south-central Main Basin, just downstream from where the Mystery and Western rivers join the Main river.

Вопрос 3

"Принимая во внимание значения интенсивности дождя на карте, полученные по спутниковым данным, и исторические данные для рассматриваемого региона, что, по вашему мнению, должны предпринять специалисты?"
(Выберите наилучший ответ)

Правильный ответ - в.

Ответ В, возможно, самый обоснованный в данной ситуации, поскольку, согласно спутниковым данным, интенсивность осадков (светло-зеленый цвет) достигает значения 25 мм/ч, при котором, как неоднократно отмечали Иосиф и Анна, на малых водотоках возникают внезапные наводнения.

Выберите.

Иосиф замечает, что вы вернулись после перерыва, и приглашает вас к своему столу. Они с Анной обсуждают, как лучше изменить выпущенные ими ранее Предупреждения о риске возникновения быстроразвивающихся паводков. Вы интересуетесь, не придется ли им выпустить Предупреждения Уровня 2 для бассейнов рек Средняя и Западная. "Да, с учетом интенсивности осадков близкой к 25 мм/ч и места положения самых интенсивных осадков над поселком Средний, где сведены леса, мы должны немедленно выпустить Предупреждение о риске возникновения быстроразвивающихся паводков Уровня 2 для этих участков, а также для участков со значительными уклонами вдоль малых рек и для урбанизированных территорий".

Table showing current hydrologic statements issued to the public.  Urban, low-lying and deforested areas in Mystery and Western basins are under a level 2 flash flood statement, which means that flash flood conditions are occurring or are expected to occur in the next several hours. Loss of life or property is possible with this type of event.  The remaining areas of Mystery and Western basins, as well as areas south of the Southern tributary in Lucky basin are still under a level 1 flash flood statement, which means that the potential exists for heavy rains to cause flash flooding.  The main branches of the Mystery, Lucky and Main Rivers are under a level 1 river flood statement, which means that the potential exists for major streams and rivers to exceed their banks.

Час 10

Все продолжают наблюдать за ситуацией на бассейнах рек Средняя и Западная. Анна показывает последнюю спутниковую карту суммарных осадков для первого периода осадков:

Blended infrared-microwave satellite rain rates for the past 3 hours showing a band of precipitation running northeast to southwest across western Lucky, central Mystery and western Western basins.  Local maxima of 30 to 40 mm exist near Mystery village and in the southern portion of the clear cut area

Анна и Иосиф рады, что в юго-западной части бассейна реки Верхняя, где ОРВБП были максимальными, выпало немного осадков. Поскольку зона осадков сместилась на запад и покинула данную территорию, они уверенно выдают Предупреждение о риске возникновения быстроразвивающихся паводков Уровня 1 для бассейна реки Верхняя. Иосиф спрашивает Анну, следует ли им повысить Уровень Предупреждений, выданных для бассейнов рек Средняя и Западная, до Уровня 2.

"Ну, трудно сказать, тем более что там, где идут осадки, нет наземных наблюдений, поэтому нелегко оценить точность спутниковых данных ".

Чтобы лучше разобраться в ситуации Анна звонит опытному наблюдателю в поселке Средний и лесорубу, который находится вблизи участка сплошной вырубки леса. Сквозь раскаты грома и порывы ветра, оба говорят, что уже некоторое время идет сильный ливень, и уровень воды в местных реках стремительно повышается. Посоветовавшись, они с Иосифом приходят к выводу, что если в верховьях обоих бассейнов такие интенсивные осадки будут продолжаться в течение какого-то времени, то на участках со значительными уклонами может сформироваться внезапное наводнение.

Вы исследуете последние данные гидрологических постов, чтобы увидеть, как на ситуацию реагируют основные притоки, и вас удивляет тот факт, что приборы не фиксируют повышенных уровней.

Гидрограф р. Средняя

Observed hydrograph for Mystery basin river gauge. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2 m at 10 hours, which is well below flood stage.

Гидрограф р. Западная

Observed hydrograph for Western basin river gauge.  The flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2.5 m at 10 hours, which is well below flood stage.

Вспомогательная карта

Outlines of basins, rivers and tributaries within the Mainstem Basin, Mystery Basin, Lucky Basin and Western Basin.  Lucky, Mystery and Western Basins lie to the north and west of the larger Mainstem basin.  Lucky Town is situated in central Lucky Basin along the Lucky River but upstream of a main southern tributary.  Mystery Village is situated in central Mystery Basin along the Mystery River.  Western Basin contains a clear-cut logging area in its western, mountainous areas.  Main City is situated in south-central Main Basin, just downstream from where the Mystery and Western rivers join the Main river.

Вопрос 4

Если малые водотоки вблизи вырубок леса и у поселка Средний готовы выйти из берегов, то почему приборы не фиксируют подобную ситуацию на главных притоках реки?
(Выберите все подходящие ответы.)

Правильные ответы - а и б.

Главные притоки реки крупнее и могут пропустить больший объем стока, не выходя из берегов. Помимо этого, для того, чтобы сток из малых водотоков в верховьях дошел до низовий, необходимо некоторое время. Если бы у нас имелись гидрографы для малого водотока в западной части бассейнов рек Средняя и Западная, мы бы заметили, что их пики намного острее и возникают раньше, чем на гидрографе в замыкающем створе бассейна. Эти особенности обычно называют понижением и запаздыванием.

Выберите.

Иосиф и Анна заглядывают через ваше плечо и замечают, что они уверены в своих гидрологических моделях, поскольку те достаточно надежно предсказали поведение рек Средняя и Западная. Поэтому они говорят, что не будут выдавать никакого краткосрочного Предупреждения о риске возникновения речного наводнения в бассейнах рек Средняя и Западная, тем более что осадки уверенно смещаются на запад и покидают рассматриваемую территорию.

Час 12

К этому времени осадки покинули территорию страны. Были отмечены незначительные внезапные наводнения вблизи обезлесенных территорий в бассейне реки Западная и поселка Средний, а также в нескольких небольших, глубоких долинах в бассейне реки Средняя. Согласно новым сообщениям, осадки прекратились по всей территории. Сток в замыкающих створах обеих рек быстро прореагировал на интенсивные осадки, выпавшие на уже увлажненную почву. Ниже представлены графики, на которых нанесены наблюденные расходы и расходы, полученные с помощью гидрологической модели:

Река Средняя

Forecast and observed hydrographs for Mystery basin river gauge. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2.5 m at 12 hours, which is well below flood stage.  Flow is predicted to decrease to a stage of about 1.5 m until the second period of precipitation begins and should peak around 4.6 m at about 39 hours.

Река Западная

Forecast and observed hydrographs for Western basin river gauge, from 12 hour model run. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 3.0 m at 12 hours, which is well below flood stage.  Flow is predicted to decrease to a stage of about 1.5 m until the second period of precipitation begins and should peak around 4.0 m at about 40 hours.

Иосиф и Анна отменяют Предупреждения о риске возникновения быстроразвивающихся паводках для всех частей бассейнов. Они отмечают, что спутниковые значения КOО для обоих бассейнов оказались ниже значений КПО, которые служили входными данными гидрологической модели. Этим можно частично объяснить то, что для обеих реках модель спрогнозировала более высокие и раньше сформировавшиеся расходы. Они видят, что на реке Средняя, согласно прогнозу, в течение второго периода осадков пороговый уровень все еще может быть превышен. Они кратко информируют сменяющих их старших дежурных гидрологов Альфонсо и Мэй, и практиканту Фатиму о ситуации, прежде чем попрощаться и пожелать им удачи. Вы, Иосиф и Анна снова будете дежурить через день.

Приходят данные новой атмосферной модели и оказывается, что КПО, полученные с помощью новой крупномасштабной и мезомасштабной моделей, хорошо совпадают с предыдущими прогнозами. КПО синоптического масштаба показаны ниже:

КПО 12-24 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 12 through 24, from hour 12 model run.  Precipitation is shown over nearly all of Main Country, with most of the region expected to see at least 12.8 mm of rain, and a bull's-eye over central Lucky basin showing 51.2 to 102.4 mm.

КПО 24-36 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 24 through 36, from hour 12 model run.  All of Main Country is expected to receive at least 12.8 mm of rain.  A northwest-southeast oriented region of 25.6 mm to 51.2 mm covers most of the Main Basin and Lucky Basin.  A small maximum in east-central Main Basin is expected to receive 51.2 to 102.4 mm.

КПО 36-48 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 36 through 48, from hour 12 model run.  Rain is predicted for the southern half of Main Country, with an east-west oriented maximum of 12.8 to 25.6 mm over the southern third or so of Main Basin.

Альфонсо и Мэй анализируют гидрографы для бассейнов рек Средняя и Западная и затем показывают Фатиме результаты применения новой гидрологической модели для бассейнов рек Верхняя и Великая:

р. Верхняя - пост 1

Forecast and observed hydrograph for Lucky River at location of gauge #1, at 12 hours.  Observations show flow varying and increasing slightly by 12 hours.  The new forecast hydrograph shows a steady increase in flow beginning at approximately 16 hours, with a peak just above flood stage at about 36 hours.

р. Верхняя - пост 2

Forecast hydrographs for Lucky River at location of gauge #2 at 12 hours.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 12 hours.  The forecast shows little change in streamflow values until about 24 hours, when flow will steadily increase to about to a stage of about 9 m at 42 hours, which is about 1 m above flood stage.

р. Великая - пост 1

Forecast and observed hydrographs for Mainstem basin at location of gauge #1.  Flow varies for the first twelve hours, and then shows a steady and significant increase until peak flow at a stage of about 12 m occurs at about 52 hours.

Альфонсо замечает, что пики, сформировавшиеся в результате выпадения второй порции осадков, теперь ниже тех, что были предсказаны на предыдущем прогоне модели, по крайней мере, для бассейнов рек Средняя и Западная. Возможно, это объясняется тем, что выпало меньше осадков, чем показала модель атмосферы при прогонах 0 ч для первой волны осадков. Другие гидрографы для рек Верхняя и Великая не сильно отличаются от гидрографов, полученных моделью на предыдущем прогоне, и такое совпадение придает больше уверенности всем специалистам, вовлеченным в процесс. Альфонсо и Мэй думают, что даже если КПО снова преувеличивает величину осадков в такой же степени, их будет достаточно для того, чтобы, по крайней мере, реки Великая и Средняя вышли из берегов. Они не отменяют выпущенное Предупреждение о риске возникновения речного наводнения Уровня 1 и решают в последующих сводках характеризовать ситуацию на реке Средней как близкую к максимально возможному наводнению. После этого большинство сотрудников уходят на обед.

Все почти закончили обедать, когда гидролог, оставшийся в офисе, подбегает к Альфонсо и Мэй, чтобы сообщить, что только что звонили наблюдатели и государственные служащие; они заметили, что уровень воды в реке Западная снова повышается. Мэй и Альфонсо торопятся проверить последние данные уровнемера в замыкающем створе бассейна: он тоже показывает продолжающийся подъем уровня воды в реке.

Observed hydrograph for Western basin river gauge.  Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 3.0 m at 12 hours, which is well below flood stage.  Flow then began to stabilize for a very short time (less than an hour) before sharply increasing again.

Вопрос 5

Принимая во внимание то, что зона осадков покинула бассейны рек Средняя и Западная, ответьте, что могло вызвать продолжающийся подъем уровня воды в реке?
(Выберите все подходящие ответы.)

Правильный ответ - б.

Выбор Б – наиболее подходящий. Вряд ли спутник вышел из строя, как предполагается в A, поскольку по его данным осадки покинули территорию страны, и местные сводки подтверждают, что в бассейнах рек Средняя и Западная осадки прекратились. Хотя выбор В кажется абсолютно логичным для более крупного и равнинного бассейна, в нашем случае при многочисленных крутых склонах и небольших размерах как бассейна, так и водотоков, такой ответ не подходит. Неисправный уровнемер просто прекратил бы работать, или продолжал повторять последние данные снова и снова. Вариант Г можно отклонить, учитывая свидетельства наблюдателей. Предложенное в Б какое-то другое событие – вот, вероятно, то, что обусловило продолжающийся подъем уровня воды в реке.

Выберите.

Альфонсо и Мэй обсуждают возможность выдать Предупреждение об угрозе паводка на реке Западная, но в это время волонтеры сообщают, что ранее отмеченное локализованное стремительное наводнение вызвано увеличившимся транспортом наносов на северных притоках, расположенных на обезлесенной территории, которые на время заблокировали русло и приостановили движение воды вниз по нему.

Photo of many logs, branches and pieces of timber clogging a small stream in a forested area.

Сводки сообщают, что все эти завалы в русле разрушились и высвободили подпруженные воды. Альфонсо и Мэй решают сообщить о причинах непостоянства расхода и утверждают, что река, возможно, не выйдет из берегов, но жители должны оставаться готовыми к незначительному наводнению в последующие час или два.

Час 18

Сотрудники Национальной службы погоды продолжают наблюдать за погодой и реками, так как начинаются осадки второй грозовой системы.

Радиолокационная отражаемость от 16 ч до настоящего момента.

Час 24

Вы, Иосиф и Анна вернулись в офис. Мэй, Альфонсо и Фатима, прежде чем уйти, знакомят вас с новостями. Они сообщают, что около 16 ч в северо-западных частях страны начались осадки, и с тех пор их интенсивность и площадь охвата постоянно увеличиваются.

Радиолокационная отражаемость от 16 часа до 24 часа.

Они также показывают вам самые последние данные локаторов и спутников о суммарных осадках этого второго периода:

Cуммарное количество осадков по спутниковым данным

Blended geostationary and microwave satellite totals over the Main Country from approximately 16 hours to 24 hours into the forecast period.  It shows that rain fell over central Mainstem basin and southern Lucky basin, with a maximum of 25 mm near the center of Mainstem basin.

Суммарное количество осадков по данным радиолокатора

Radar storm total precipitation over Mainstem and Lucky basins for about 16 hours to 24 hours into the forecast period.  It shows that rain fell over most of Mainstem basin and Lucky basin, with the maximum being a band of rain between 37.5 mm and 50 mm running northwest to southeast across south-central Mainstem basin

Вопрос 6

Каковы максимальные значения выпавших осадков в соответствии с данными спутника и локатора?
(Выберите наилучший ответ.)

Правильный ответ - в.

Сине-зеленые оттенки на спутниковом снимке по цветовой шкале соответствуют осадкам от 25 мм до 35 мм. Пурпурные оттенки на изображении локатора по цветовой шкале соответствуют осадкам от 50 мм до 62.5 мм.

Выберите.

Вы указываете Иосифу и Анне на существенное различие данных спутника и локатора и интересуетесь, является ли такая ситуация обычной для этого региона.

Анна отвечает, что данные спутника и локатора иногда действительно сильно различаются, но иногда – достаточно хорошо совпадают. В основном это зависит от метеорологической ситуации. Хотя наземные данные для верификации оценок предыдущих осадков для бассейнов рек Средняя и Западная отсутствуют, она интересуется вашим мнением о том, насколько точны были спутниковые оценки осадков для этих бассейнов в первый период.

Вопрос 7

Считаете ли вы, что величины осадков первого периода, полученные при дешифрирования спутниковых снимков, были занижены примерно в такой же степени? Объясните.


Возможно, оценки осадков первого периода, полученные по спутниковым данным, не были так сильно занижены. Мы знаем, что прогнозы гидрологической модели для бассейнов рек Средняя и Западная оказались достаточно надежными, а это значит, что использованный в них КПО достаточно точно оценил количество выпавших осадков. Мы также видели, что на малых водотоках возникли незначительные наводнения, которые часто случаются при интенсивности осадков, превышающей 25 мм/ч. А спутниковые снимки как раз и показывали интенсивность осадков, близкую к этой величине.

Вопрос 8

Анна спрашивает: "В чем, по-вашему, причина такого существенного несовпадения данных локатора и спутников?" Чтобы ответить, вспомните краткое объяснение использования комбинированных спутниковых продуктов – с геостационарных спутников и в микроволновом диапазоне, – и используйте метеорологическую информацию, представленную на последних изображениях радиолокационной отражаемости.


Вероятная причина несовпадения оценок в том, что многие осадкообразующие облака над бассейнами рек Великая и Верхняя расположены ниже, чем это характерно для континентальных грозовых ячеек. Эта гипотеза подтверждается данными локатора, которые показали отсутствие большого количества ячеек, производящих интенсивные осадки (красные оттенки), что обычно наблюдается при континентальных конвективных процессах в теплый сезон. Поскольку при дешифрировании спутниковых снимков используются данные о температуре верхней границы облаков, и восстановленные значения калибруются по данным об интенсивных осадках теплого сезона, то количество наблюдаемых в данный момент ливневых осадков, возможно, занижено. Это также объясняет то, что прогноз для первого конвективного периода оказался достаточно точный: эти интенсивные ливни были теми осадками, для оценки которых использованный спутниковый подход подходит лучше всего.

Вопрос 9

Анна спрашивает: "Предположим, такая разница между оценками локаторов и спутников сохранится в ходе осадков. Как это отразится на прогнозах гидрологической модели? Объясните свой ответ, сравнив смоделированные и наблюденные значения".


Уровни/расходы, полученные с помощью гидрологических моделей, будут ниже наблюденных, поскольку спутниковые оценки осадков, используемые в качестве входных данных гидрологической модели, слишком незначительны. Это будет касаться стока, поступающего с бассейнов рек Средняя и Западная, где нет радиолокаторов, а сеть осадкомеров редкая, что не позволяет улучшить спутниковые оценки.

После оживленного обсуждения оценок осадков локаторами и спутниками, Иосиф приглашает вас и Анну рассмотреть последние модельные прогнозы. Сначала он хотел бы оценить степень надежности КПО для периода 12-24 ч. Он показывает вам КПО предыдущего прогона модели для периода 12-24 ч и данные локатора и спутника о суммарном количестве осадков для второй волны:

КПО 12-24 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 12 through 24, from hour 12 model run.  Precipitation is shown over nearly all of Main Country, with most of the region expected to see at least 12.8 mm of rain, and a bull's-eye over central Lucky basin showing 51.2 to 102.4 mm.

Суммарные осадки по спутниковым данным

Blended geostationary and microwave satellite totals over the Main Country from approximately 16 hours to 24 hours into the forecast period.  It shows that rain fell over central Mainstem basin and southern Lucky basin, with a maximum of 25 mm near the center of Mainstem basin.

Суммарные осадки по данным радиолокатора

Radar storm total precipitation over Mainstem and Lucky basins for about 16 hours to 24 hours into the forecast period.  It shows that rain fell over most of Mainstem basin and Lucky basin, with the maximum being a band of rain between 37.5 mm and 50 mm running northwest to southeast across south-central Mainstem basin

Иосиф говорит: "Похоже, осадки были слабее, чем предполагалось согласно модели КПО. Согласно КПО, большая часть осадков должна была выпасть в бассейне реки Верхняя, но и локатор и спутник показывают, что основной объем осадков выпал в центральной части бассейна реки Великая."

Затем Иосиф показывает результаты новых прогонов гидрологической и метеорологической моделей:

КПО 24-36 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 24 through 36, from hour 24 model run.  All of Main Country is expected to receive at least 6.4 mm of rain.  The southern portions of Lucky basin and the eastern portions of Mystery and Western basin, along with all of Main Basin can expect to see 25.6 to 51.2 mm of rain.  A north-south maximum of 51.2 to 102.4 mm exists in central Main Basin.

КПО 36-48 ч

QPF for Main Country basins for forecast hours 36 through 48, from hour 24 model run.  Rain is predicted for the southern half of Main Country, with an east-west oriented area of 12.8 to 25.6 mm over the southern third or so of Main Basin.   A small maximum of 25.6 to 51.2 is present south of Main City in far southern Main Basin.

Вы замечаете, что новый и предыдущий прогнозы КПО подобны результатам предыдущего прогона. Но в соответствии с новым прогнозом в период 24-36 ч ожидается немного больше осадков, а время до того, как осадки покинут регион в юго-западном направлении между 36 и 48 ч – больше.

Средняя

Forecast and observed hydrographs for Mystery basin river gauge. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2.5 m at 12 hours before decreasing to 1.0 at about 20 hours.  Then stage level continued to rise to about 1.6 m at 24 hours.  Flow is predicted to increase steadily and should peak around 4.8 m at about 39 hours.

Западная

Forecast and observed hydrographs for Western basin river gauge, from 24 hour model run. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 3.0 m at 12 hours, and then stabilized briefly before creeping upward to about 4.0 m at 14 hours.  Flow then decreased to a stage of about 2.0 m at 22 hours, and charted a slight increase until 24 hours.  Flow is predicted to steadily increase and should peak around 4.5 m at about 40 hours.

р. Верхняя - пост 1

Forecast and observed hydrograph for Lucky River at location of gauge #1, at 24 hours.  Observations show that flow varied and increased slightly by 12 hours, and then began a steady increase to a stage of about 2.25 m at 24 hours. The new forecast hydrograph shows a steady increase in flow until about 38 hours, when flow peaks just below flood stage at 6 m.

р. Верхняя - пост 2

Forecast and obsrved hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours and then began a steady increase to about 2.4 m stage level.  The forecast shows a continued, steady increase in streamflow values until about 42 hours, when flow will peak at a stage of about 8.5m.

р. Великая - пост 1

Forecast hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours before increasing slightly to a stage of about 4.0 m at 24 hours.  The forecast is a steady and rapid increase in streamflow values until about 52 hours, when a peak of about 13.5, which is about halfway between flood stage and record stage, will occur.

Гидрографы, в целом, подобны смоделированным на предыдущем прогоне, за исключением меньших максимальных значений на постах в бассейне реки Верхняя, где осадки оказались не столь значительными, как предполагалось. Пик расхода, наблюденный на посту 1 на реке Великая, также немного уже и выше, чем ранее, из-за того, что осадки выпали ниже по течению, чем предполагалось. Основываясь на надежных данных КПО и гидрологических моделей для предшествующих 24 ч и, учитывая ожидаемое увеличение площади осадков в течение предстоящих 12 ч, Иосиф и Анна решают для всех рек повысить уровень Предупреждения о риске возникновения речного наводнения до уровня 2.

Но когда они уже готовы выпустить новое Предупреждение, раздается звонок от очень надежного волонтера-наблюдателя из восточной части бассейна реки Средняя. Она сообщает о нескольких сильных ливнях, и о том, что небольшие речки вблизи ее дома выходят из берегов. Тогда Иосиф и Анна добавляют к публичному заявлению Предупреждение о риске возникновения быстроразвивающихся паводков Уровня 2.

Table showing current hydrologic statements issued to the public.

Час 30

Мощные ливни не прекращаются почти по всей территории страны. Данные локаторов и спутников свидетельствуют, что за второй период выпало 75-100 мм осадков в бассейне реки Великая и некоторых частях бассейнов рек Средняя и Верхняя, что очень хорошо согласуется с прогнозируемыми максимумами.

Суммарные осадки по спутниковым данным

Blended infrared-microwave rain totals from approximately 16 hours to 30 hours into the forecast period.  The maximum precipitation (about 75 mm) occurred in eastern Mystery and northern Main basins with a band of higher values extending southeastward through central Mainstem Basin.

Суммарные осадки по данным радиолокатора

Radar storm total precipitation from approximately 16 hours to 30 hours into the forecast period.  The maximum precipitation (about 100 mm) occurred in central Mainstem basin within a band of higher values that runs from northwest to southeast across south-central Mainstem basin.

Положение максимума осадков определяется двумя их источниками. Так, спутник фиксирует максимум осадков в восточной части бассейна реки Средняя и в северной части бассейна реки Великая, а также полосу значительных осадков, протянувшуюся на юго-восток через центр бассейна реки Великая. Локатор показывает полосу максимальных осадков на юге центральной части бассейна реки Великая. Некоторые различия могут быть объяснены радиолокационным затуханием, а также тем, что по мере удаления от локатора сигнал излучения отклоняется вверх, при этом получаемые данные относятся к верхней части облаков.

Соответствие значений максимальных осадков, полученных с помощью локатора и спутника, внушает Анне и Иосифу уверенность в том, что спутниковая оценка максимально возможных осадков, которые сможет произвести самая мощная грозовая ячейка над бассейном реки Средняя, составляющая немногим более 70 мм, является вполне обоснованной. Они чувствуют, что Предупреждение о риске возникновения быстроразвивающихся паводков Уровня 2, которое они выпустили для бассейна реки Средняя несколько часов назад, было оправдано.

Теперь они считают, что на реке Средняя может сформироваться максимально возможное наводнение, и говорят об этом в их следующем обновленном публичном заявлении. Из Администрации звонят сообщить, что сильный ветер и дождь сводят на нет все попытки защитить от наводнения с помощью мешков с песком дома, расположенные на низменных участках.

Анна и Иосиф уверены, что если дождь будет продолжаться с такой же интенсивностью, общее количество осадков превысит значение прогноза и уровень в реке Великая может превысить максимально наблюденный вблизи города Великий. Вы спрашиваете их о других паводках подобной природы, которые возникали в регионе. Йозеф отвечает: "Хорошо, что спросил... Я только что собирался просмотреть данные о подобных случаях таких обширных и интенсивных осадков, чтобы уточнить типичный расход, который поступает из бассейнов рек Средняя и Западная в реку Великая когда уровень в ней намного больше паводочного."

Table showing current selected historical crest information for Western, Mystery, Lucky (at gauge 2) and Main (at gauge 1) rivers for three floods near record levels.  In 2003, the Main river crested at 14.5 m, the Lucky river crested at 6.8 m, the Mystery crested at 4.4 and the Western river crested at 4.1 m.  For the record flood on the Main river in 1987, the crest was 15.3 m.  The crest values from that event for the other rivers were: Lucky at 6.5, Mystery at 5.0 and Western at 4.6.  In 1983, the Main River crested at 14.8 m, Lucky crested at 7.5, Mystery crested at 4.7 and Western crested at 4.3.

Вы видите, как показано в таблице, что при самом мощном наводнении и в случае двух других мощных наводнений на реке Великая, уровень воды в реке Средняя изменяется от 4.4 до 5.0 м, а в реке Западная – от 4.1 до 4.6 м.

Вопрос 10

Основываясь на последних смоделированных гидрографах (приведенных еще раз ниже), предположите, будут ли критические уровни рек Средняя и Западная, приведенные в таблице, достигнуты или превышены?
(Выберите наилучший ответ.)

Средняя

Forecast and observed hydrographs for Mystery basin river gauge. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2.5 m at 12 hours before decreasing to 1.0 at about 20 hours.  Then stage level continued to rise to about 1.6 m at 24 hours.  Flow is predicted to increase steadily and should peak around 4.8 m at about 39 hours.

Западная

Forecast and observed hydrographs for Western basin river gauge, from 24 hour model run. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 3.0 m at 12 hours, and then stabilized briefly before creeping upward to about 4.0 m at 14 hours.  Flow then decreased to a stage of about 2.0 m at 22 hours, and charted a slight increase until 24 hours.  Flow is predicted to steadily increase and should peak around 4.5 m at about 40 hours.

р. Верхняя - пост 1

Forecast and observed hydrograph for Lucky River at location of gauge #1, at 24 hours.  Observations show that flow varied and increased slightly by 12 hours, and then began a steady increase to a stage of about 2.25 m at 24 hours. The new forecast hydrograph shows a steady increase in flow until about 38 hours, when flow peaks just below flood stage at 6 m.

р. Верхняя - пост 2

Forecast and obsrved hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours and then began a steady increase to about 2.4 m stage level.  The forecast shows a continued, steady increase in streamflow values until about 42 hours, when flow will peak at a stage of about 8.5m.

р. Великая - пост 1

Forecast hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours before increasing slightly to a stage of about 4.0 m at 24 hours.  The forecast is a steady and rapid increase in streamflow values until about 52 hours, when a peak of about 13.5, which is about halfway between flood stage and record stage, will occur.

Правильный ответ - а.

Смоделированный максимальный уровень для реки Западная составляет около 4.5 м, что соответствует максимальному уровню реки Великая, наблюдавшемуся в 1987 г. Прогнозный максимальный уровень для реки Средняя около 4.8 м, что выше значения, зафиксированного в 1983 г во время наводнения на реке Великая, когда ее уровень был только немного меньше рекордного уровня, зафиксированного в 1987 г. Не забывайте, что исторические данные, подобные приведенным в таблице, могут быть использованы для улучшения прогноза или для того, чтобы помочь прогнозистам решить, наступит или нет то или иное событие. В случае их применения в качестве отдельного прогностического инструмента, возможны значительные погрешности, обусловленные многочисленными неопределенными переменными, например, особенностями распределения осадков предшествующих периодов, и другими.

Выберите.

Посовещавшись с Анной, Иосиф звонит официальным лицам в Великий, чтобы сообщить им о уже выпавших значительных осадках и исторических данных, которые они рассмотрели. Он говорит им, что на реке Великая может сформироваться наводнение, близкое к рекордному, и что он намерен выпустить новое публичное заявление и сообщить в нем о риске значительного наводнения.

До окончания смены вы совместно инструктируете заступающих на дежурство Альфонсо, Мэй и Фатиму. Но вы сомневаетесь, что сможете отдохнуть, думая о всех тех людях, которые могут пострадать от стихии.

Час 36

К счастью, самые значительные осадки быстро покинули территорию с момента последнего обновления прогноза.

Радиолокационная отражаемость за период 30-36 ч.

Общее количество осадков за второй период меньше, но хорошо согласуется с КПО, хотя и немного ниже.

Суммарные осадки по спутниковым данным

Blended infrared-microwave rain totals from approximately 16 hours to 36 hours into the forecast period.  The maximum precipitation (about 105 mm) occurred near eastern Mystery and far western Main basins within a band of higher values extending southeastward through central Mainstem Basin.

Суммарные осадки по данным радиолокатора

Radar storm total precipitation from approximately 16 hours to 36 hours into the forecast period.  The maximum precipitation (about 125 mm) occurred in central Mainstem basin within a band of higher values that runs from northwest to southeast across south-central Mainstem basin.

Затем, Альфонсо и Мэй анализируют самые последние наблюденные и прогнозные гидрографы.

Средняя

Forecast and observed hydrographs for Mystery basin river gauge. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2.5 m at 12 hours before decreasing to 1.0 at about 20 hours.  Then stage level continued to rise to about 4.9 m at 36 hours.  Flow is predicted to increase steadily and should peak around 5.1 m at about 39 hours.

Вестерн

Forecast and observed hydrographs for Western basin river gauge, from 24 hour model run. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 3.0 m at 12 hours, and then stabilized briefly before creeping upward to about 4.0 m at 14 hours.  Flow then decreased to a stage of about 2.0 m at 22 hours, and charted a steady increase to 4.5 at 36 hours.  Flow is predicted to steadily increase and should peak around 4.8 m at about 40 hours.

р. Верхняя - пост 1

Forecast and observed hydrograph for Lucky River at location of gauge #1, at 36 hours.  Observations show flow varying and increasing slighty through 16 hours, followed by a steady increase to a stage of about 5 m at 36 hours.  The new forecast hydrograph shows flow leveling off in the subsequent hour and beginning to decrease at hour 37.

р. Верхняя - пост 2

Forecast and obsrved hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours and then began a steady increase to about 6.5 m stage level.  The forecast shows a continued, steady increase in streamflow values until about 40 hours, when flow will peak at a stage of about 8.3m, which is just slightly above flood stage (8.2 m)

р. Великая - пост 1

Forecast and observed hydrographs for Main River at location of gauge #1.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours before increasing slightly to a stage of about  7.5 m at 36 hours.  The forecast is a steady and rapid increase in streamflow values until about 52 hours, when a peak of about 14.0, which is about 1 m below record stage.

Альфонсо и Мэй рады видеть, что река Верхняя в районе города Верхний остается в своих берегах. Наводнение в бассейнах рек Западная и Средняя в ближайшие часы, скорее всего, пойдет на спад. Но на других участках реки ситуация не столь радостная. По-прежнему есть опасение, что на реке Великая будут достигнуты рекордные уровни. Мэй обновляет публичное заявление и не отходит от телефона, готовая отвечать на вопросы официальных лиц.

Час 48

Все осадки покинули территорию страны, и местные руководители обсуждают с отделением Национальной службы погоды координацию противопаводковых мероприятий и мер оказания помощи. Самые последние данные наблюдений и прогнозов показывают, что модели проявили себя надежно:

Средняя

Forecast and observed hydrographs for Mystery basin river gauge. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 2.5 m at 12 hours before decreasing to 1.0 at about 20 hours.  Then stage level continued to rise to about 5.1 m at 39 hours before subsiding.

Западная

Forecast and observed hydrographs for Western basin river gauge, from 24 hour model run. Flow increased quickly shortly after hour 6 up to about a stage of 3.0 m at 12 hours, and then stabilized briefly before creeping upward to about 4.0 m at 14 hours.  Flow then decreased to a stage of about 2.0 m at 22 hours, and charted a steady increase to 4.8 at 40 hours.

р. Верхняя - пост 2

Forecast and observed hydrographs for Lucky River at location of gauge #2.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours and then began a steady increase to about 8.5 m stage level, before decreasing to about 7.0 m at 48 hours.  The forecast shows a continued, steady decrease in streamflow values until the end of the forecast period.

р. Великая - пост 1

Forecast and observed hydrographs for Main River at location of gauge #1.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours before increasing slightly to a stage of about  12.0 at 48 hours.  The forecast is a steady and rapid increase in streamflow values until about 52 hours, when a peak of about 14.5, which is about 0.8 below record stage.

Иосиф и Анна, которые снова дежурят с вами, срочно предоставляют последние данные наблюдений и прогнозов официальным лицам и службам по чрезвычайным ситуациям. Им сообщается, что река Великая все еще может достигнуть рекордного уровня и на ней может сформироваться паводок. Все присутствующие в офисе стремятся дать, по возможности, наилучший совет в такое непростое для страны время.

Несколько часов спустя официальные лица сообщают вам по телефону, что уровень, по всей вероятности, стабилизировался, а в некоторых частях северных предместий города Великий он начинает понижаться. В течение следующего часа продолжают поступать аналогичные звонки, и Анна подтверждает, что на посту 1 действительно зафиксировано понижение стока. Хотя вы все несколько удивлены таким быстрым началом спада уровня воды, и при значениях много меньших, чем те, на которые указывали исторические данные и которые предсказывала модель, тем не менее, вам всем легче от того, что ущерб будет меньше. Иосиф и Анна сообщают остальным сотрудникам Национальной гидрологической службы и представителям администрации, что они намерены подробно исследовать имевшее место наводнение с целью выяснения причин такой существенной ошибки прогноза для реки Великая и сообщить о результатах.

Исследование после наводнения

Observed hydrograph for Main River at location of gauge #1.  Observations show that flow varied around usual baseflow levels for the first 20 hours before steadily increasing to a peak of about  12.6 m at 50 hours before subsiding.

В ходе разбора события, вы помогаете старшим гидрологам и Фатиме проверять работу многих гидрологических постов Национальной гидрологической службы. Вы наблюдаете, как приезжают два специалиста, проверяют поперечный профиль русла и строят новые тарировочные кривые. На основе всего этого служащие Национальной гидрологической службы делают вывод о том, что значительный объем мелкодисперсных наносов из северных обезлесенных частей бассейна, а также наносы и карча, образовавшиеся во время быстроразвивающегося паводка, отложились в русле реки Западная вблизи замыкающего створа бассейна. В результате использование тарировочной таблицы уровень-расход привело к существенной ошибке. Корректировка таблицы показала, что уровни для наблюдавшегося события ассоциировались с расходами от 15% до 30% ниже, тех, которые были получены по применявшейся зависимости расходов от уровней воды. То же самое произошло в бассейне реки Средняя, хотя и в меньшей степени, и было обусловлено развитием земледелия на участках вблизи поселка Средний. Поскольку применявшаяся зависимость расходов от уровней воды дала намного большие значения расходов, то предсказанный моделью расход ниже по течению реки Великая был ошибочно чрезвычайно завышен.

Персонал Национальной гидрологической службы намерен и дальше запрашивать дополнительное государственное финансирование для более частого обследования русел водотоков.

Специалисты ссылаются на наблюдавшееся событие как на важное доказательство необходимости таких данных. Больше информации об особенностях зависимости уровень-расход можно найти в уроке Расчет гидрографа стока в нижерасположенном створе: международная версия: https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=10102

Дополнительные источники

Уроки COMET , относящиеся к теме данного урока:

"Оценивание осадков: Часть 1 " урок COMET
https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=526

"Оценивание осадков: Часть 2» урок COMET
https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=558

Гидрологические модели с распределенными параметрами для прогнозирования стока: Часть 1 " урок COMET
https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=10109

Гидрологические модели с распределенными параметрами для прогнозирования стока: Часть 2» урок COMET
https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=10111

"Верификация гидрологических прогнозов: введение" урок COMET
https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=10104

"Методы верификации гидрологических прогнозов» урок COMET
https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=453

Ресурсы по оцениванию осадков по данным спутников

Виртуальный институт обучения спутниковой интеграции (VISIT). Ссылки и учебные пособия
http://rammb.cira.colostate.edu/training/visit/links_and_tutorials/

Технология CMORPH
hhttps://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/janowiak/cmorph_description.html

Алгоритм HYDRO-ESTIMATOR
http://www.star.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/ff/HydroEst.php

Данные HYDRO-ESTIMATOR
http://www.star.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/ff/HEworld.php

Мультисенсорные оценки осадков EUMETSAT:
https://eumetview.eumetsat.int/static-images/MSG/PRODUCTS/MPE/

Оценка осадков по информации дистанционного зондирования с использованием искусственных нейронных сетей PERSIANN:
https://chrsdata.eng.uci.edu/

Самокалибрующийся многомерный поиск осадков SCaMPR:
http://www.star.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/ff/SCaMPR.php

Разработчики

Спонсоры COMET

Спонсор программы COMET® - Национальная метеорологическая служба США - Национальное управление по исследованию океанов и атмосферы - при дополнительном финансировании:

  • Европейская организация спутниковой метеорологии (EUMETSAT)
  • Метеорологическая служба Канады (MSC)
  • Национальная информационная служба по космическим данным об окружающей среде (NESDIS)
  • Командование военно-морской метеорологии и океанографии (NMOC)

Участники проекта

Руководитель проекта, педагогический дизайн и мультимедиа

  • Andrea Smith — UCAR/COMET

Главный научный консультант

  • Chris Hill — NWS (ret.)
  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET

Научный консультант

  • Claudio Caponi — WMO

Графический дизайн и интерфейс

  • Brannan McGill — UCAR/COMET
  • и
  • Steve Deyo — UCAR/COMET

Руководитель проекта

  • Dr. Patrick Parrish — UCAR/COMET

Создатели курса «Общая гидрология»

Руководитель проекта, педагогический дизайн

  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Главный научный консультант

  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET
  • Dr. Richard Koehler — UCAR/COMET

Мультимедиа

  • Dan Riter — UCAR/COMET
  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Аудио оформление

  • Seth Lamos — UCAR/COMET

Озвучка

  • Dr. Richard Koehler — UCAR/COMET

Графический дизайн и интерфейс

  • Steve Deyo — UCAR/COMET
  • Heidi Godsil — UCAR/COMET
  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Тестирование программного обеспечения и контроль качества

  • Michael Smith — UCAR/COMET
  • Linda Korsgaard — UCAR/COMET

Согласование авторских прав

  • Michael Smith — UCAR/COMET

HTML- интеграция 2020 COMET

  • Tim Alberta - руководитель проекта
  • Dolores Kiessling — старший менеджер
  • Steve Deyo — художник
  • Gary Pacheco — ведущий веб-разработчик
  • David Russi — перевод
  • Gretchen Throop Williams — веб-разработчик
  • Tyler Winstead — веб-разработчик

Перевод на русский язык

  • Larissa Timofeeva - Лариса Тимофеева, канд.геогр. наук, РГГМУ, Санкт-Петербург, Россия
  • Zinaida Timofeeva - Зинаида Тимофеева, Санкт-Петербург, Россия

Научный редактор текста на русском языке

  • Karina Voskanian - Карина Восканян, канд. физ.- мат. наук, доцент РГГМУ, Санкт-Петербург, Россия

Команда COMET, весна 2011

Директор

  • Dr. Timothy Spangler

Исполнительный директор

  • Dr. Joe Lamos

Администрация

  • Elizabeth Lessard - менеджер по административным и бизнес вопросам
  • Lorrie Alberta
  • Michelle Harrison
  • Hildy Kane
  • Ellen Martinez

Программирование и тех-поддержка

  • Tim Alberta - руководитель команды
  • Bob Bubon
  • James Hamm
  • Ken Kim
  • Mark Mulholland
  • Victor Taberski (студент)
  • Christopher Weber (студент)
  • Malte Winkler

Разработка образовательного контента

  • Dr. Patrick Parrish - руководитель проекта
  • Dr. Alan Bol
  • Maria Frostic
  • Lon Goldstein
  • Bryan Guarente
  • Dr. Vickie Johnson
  • Tsvetomir Ross-Lazarov
  • Marianne Weingroff

Команда Медиапродюссирования

  • Bruce Muller - руководитель команды
  • Steve Deyo
  • Seth Lamos
  • Brannan McGill
  • Dan Riter
  • Carl Whitehurst

Метеорологи и научные сотрудники

  • Dr. Greg Byrd - старший руководитель проекта
  • Wendy Schreiber-Abshire - старший руководитель проекта
  • Dr. William Bua
  • Patrick Dills
  • Dr. Stephen Jascourt
  • Matthew Kelsch
  • Dolores Kiessling
  • Dr. Cody Kirkpatrick
  • Dr. Arlene Laing
  • Dave Linder
  • Dr. Elizabeth Mulvihill Page
  • Amy Stevermer
  • Warren Rodie

Автор научного текста

  • Jennifer Frazer

Перевод на испанский

  • David Russi

NOAA/National Weather Service - отдел по подготовке прогнозистов

  • Athony Mostek - директор филиала
  • Dr. Richard Koehler - руководитель программы гидрологической подготовки
  • Brian Motta - программа подготовки IFPS
  • Dr. Robert Rozumalski - координатор отдела научных и учебных ресурсов SOO (SOO/STRC)
  • Ross Van Til, метеоролог
  • Shannon White, программа подготовки AWIPS

Приглашенные метеорологи, Метеорологическая служба Канады

  • Brad Snyder

Наверх